CA2178148C - Procede de fabrication d'un panneau ou analogue a proprietes structurale et acoustique et panneau ainsi obtenu - Google Patents

Procede de fabrication d'un panneau ou analogue a proprietes structurale et acoustique et panneau ainsi obtenu Download PDF

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Abstract

- L'objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un panneau à propriétés structurale et acoustique du type sandwich constitué d'une âme à structure alvéolaire ouverte (1), caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une première et une seconde peau (2,3) par drapage et pressage à chaud d'au moins deux plis de tissu de fibres minérales ou synthétiques imprégnées d'une résine thermoplastique, à réaliser dans l'une des peaux (2,3) des perforations (4) d'un diamètre de l'ordre de 0,5 à 1,5 mm, avec une proportion de vide à la surface de la peau de l'ordre de 10 à 25%, à appliquer sur l'une des faces des peaux, après préparation, un revêtement de colle époxy, à former un sandwich comprenant ladite âme à structure alvéolaire ouverte (1) avec les deux peaux (2,3) sur ses faces opposées, puis à presser à chaud le sandwich à des fins de polymérisation de la colle dans des conditions de température, pression et durée évitant toute obstruction même partielle des perforations de la peau perforée (3). - Application notamment à des cloisons de fuselage d'aéronefs.

Description

.: r .~ ~ 2178148 PROCEDE DE FABRICATION D'UN PANNEAU OU ANALOGUE A PROPRIETES
STRUCTURALE ET ACOUSTIQUE ET PANNEAU AINSI OBTENU

La présente invention a trait à un procédé de fabrication d'un panneau ou analogue à propriétés structurale et acoustique et plus précisément d'une structure du type sandwich formée d'une âme alvéolaire revêtue sur ses deux faces, présentant des capacités à la fois de résistance à des charges importantes et d'atténuation acoustique.
Bien que décrite ci-après dans son application à la réalisation notamment de cloisons de fuselage d'aéronefs, l'invention est évidemment susceptible d'applications dans tout autre domaine où s'avère nécessaire ou souhaitable d'utiliser une structure du type panneau sandwich alliant légèreté, grande résistance mécanique et propriétés acoustiques.
On sait que les aéronefs du type turbopropulseur posent des problèmes d'isolation acoustique de l'habitacle intérieur vis à vis notamment des bruits et vibrations engendrées par les moteurs, les hélices, des bruits aérodynamiques, etc...
Jusqu'à présent on n'a pas encore résolu de manière satisfaisante l'isolation phonique en particulier de la cabine passager vis â vis de la partie cargo et l'invention vise précisément à proposer un nouveau type de panneau apte à!a réalisation de cloisons de cabine passager.
De telles cloisons doivent nécessairement être des éléments structuraux, c'est-à-dire aptes à supporter des charges ou efforzs, en particulier normalement
2 au plan des cloisons, pouvant être très importants. Elles doivent en effet contenir, côté soute, les bagages en cas de crash de l'aéronef, ou résister en cas de dépressurisation brutale de la cabine ou de la soute.
De plus, ces cloisons doivent présenter, côté cabine, un aspect esthétique, c'est-à-dire être décorées en accord avec le reste de la cabine.
Il n'existe pas actuellement de panneaux satisfaisant d'une part aux contraintes habituelles de légèreté et de résistance au feu, mais également aux différents impératifs ci-dessus.
Les panneaux structuraux destinés à réduire par exemple les effets d'un crash n'ont pas de propriétés de traitement du bruit.

Par ailleurs, on connaît des panneaux du type sandwich formé d'une âme en particulier en nid d'abeilles, flanquée, d'un côté, d'une feuille métallique perforée et, de l'autre côté, d'une feuille métallique non perforée, utilisés pour leurs propriétés d'atténuation du bruit, par exemple comme revêtements en certains emplacements de la nacelle de turbomoteurs afin d'absorber au moins partiellement l'énergie sonore des flux de gaz à grande vitesse.
Cependant, de telles structures se sont révélées manquer de solidité
lorsqu'on a voulu les utiliser dans des environnements sévères pour réaliser à
la fois une atténuation du bruit et une conservation de l'intégrité structurale.

Par le brevet US N 3.166.149, on connaît des panneaux du type ci-dessus mais plus sophistiqués en ce qui concerne la nature du revêtement composite à perforations rapporté sur l'une des faces de l'âme en nid d'abeilles.
Ce revêtement est constitué, d'une part, d'un treillis en fibres de verre pré-imprégnées de résine polymérisée à des fins de rigidification du treillis avant sa fixation par collage sur l'une des faces du nid d'abeilles. Sur la face externe du treillis est, d'autre part, collée une feuille en matériau poreux, elle-même recouverte d'un revêtement mince, décoratif, perforé, éventuellement amovible, ne participant pas à la rigidité de l'ensemble.
Si un tel panneau est considéré dans ledit brevet comme susceptibie d'être utilisé pour réaliser des cloisons, ses rigidité et résistance structurales sont néanmoins insuffisantes pour résister à des charges importantes telles que celles résultant d'un crash.

-, - 3 En outre, les matériaux généralement utilisés pour constituer l'âme en nid d'abeilles et le revêtement non perforé, à savoir un feuillard d'aluminium et une feuille d'aluminium respectivement, conduisent à des structures composites présentant des masses surfaciques trop importantes.
L'invention a pour but de proposer un nouveau type de panneau susceptible en particulier de concilier les exigences les plus sévères en matière de légèreté, de rigidité et résistance mécanique.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un panneau ou analogue à propriétés structurale et acoustique, du type sandwich constitué d'une âme à structure alvéolaire ouverte revêtue sur ses deux faces, caractérisé en ce qu'il consiste :
- à réaliser une première et une seconde peau par drapage et pressage à
chaud dans des conditions de pression et température appropriées d'au moins deux plis de tissu de fibres minérales ou synthétiques imprégnées d'une résine thermoplastique, - à réaliser dans l'une des peaux des perforations d'un diamètre de l'ordre de 0,5 à 1,5 mm, avec une proportion de vide à la surface de la peau de l'ordre de 10 à 25%, - à appliquer sur l'une des faces des peaux, après préparation, un revêtement de colle époxy, - à former un sandwich comprenant ladite âme à structure alvéolaire ou-verte avec les deux peaux sur ses faces opposées, les revêtements de colle étant en contact avec l'âme, - puis à presser à chaud le sandwich à des fins de polymérisation de la colle dans des conditions de température, pression et durée évitant toute obstruction même partielle des perforations de la peau perforée.
Avantageusement les deux peaux sont constituées de tissus de fibres de verre. imprégnées de résine polyétherimide.

Les deux peaux sont constituées d'un même nombre de plis, mais avantageusement peuvent avoir un nombre différent, une telle répartition dissymétrique des peaux de part et d'autre de l'âme centrale permettant de réduire la masse et le coût du panneau, sans nuire à sa planéité, du fait de la fabrication en multiphase du panneau, c'est-à-dire la consolidation séparée des éléments du panneau avant la cuisson de l'ensemble. C'est ainsi que la peau non perforée peut comporter un nombre de plis, trois par exemple, inférieur à
celui, quatre par exemple, de la peau perforée, le nombre de plis étant directement lié aux efforts susceptibles de s'appliquer au panneau.
Suivant un mode préféré de mise en oeuvre, le revêtement de colle époxy est appliqué sous la forme d'un film mince de très faible masse surfacique et le cycle de polymérisation comporte une montée en température à un premier palier d'une valeur et d'une durée suffisantes pour faire fluer la colle sans pour autant lancer de manière significative sa polymérisation, afin de ne pas obstruer les perforations de la peau, puis à un second palier d'une valeur et d'une durée suffisantes pour réaliser ladite polymérisation.

L'invention a également pour objet le panneau obtenu conformément au procédé ci-dessus, un tel panneau étant par exemple dimensionné, conformé et pourvu d'éléments de bordures, d'inserts et autres aménagements pour la constitution d'éléments de cloison de fuselage d'aéronefs. De tels éléments de cloison se sont révélés présenter d'excellentes propriétés d'atténuation acoustique pour des fréquences supérieures à 500 Hz et de résistance à des charges importantes appliquées normalement à la cloison. C'est ainsi, par exemple, qu'un panneau selon l'invention d'une surface de 1,5 m2 a résisté à
des efforts de l'ordre de 900 daN.

De plus, notamment la face perforée d'une telle cloison, peut être facilement traitée esthétiquement, soit par teinture dans la masse de la résine de la peau, avec un aspect de surface en relief, par exemple un granité, obtenu au moulage, soit par thermogainage d'un revêtement tel qu'un film décor perforé, soit par application d'un tel revêtement ou d'un textile acoustiquement transparent.

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un panneau selon l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard du dessin annexé sur lequel :
- Figure 1 est une vue en coupe et en éclaté schématique d'une structure de panneau selon l'invention - Figure 2 est une vue en perspective partielle et en arraché d'un panneau réalisé, du type illustré en figure 1, et - Figure 3 est une courbe illustrant un cycle de cuisson préférentiel du panneau.
5 Sur la figure 1 on a schématisé un panneau sandwich vu sur la tranche et comprenant une âme centrale à structure alvéolaire ouverte 1, flanquée de part et d'autre d'une peau, à savoir une peau inférieure multiplis 2 et une peau supérieure multiplis 3.

Conformément à l'invention, chaque peau 2,3 est constituée de plusieurs plis formés chacun d'un tissu de fibres synthétiques ou minérales imprégnées d'une résine thermoplastique et chaque peau est consolidée avant assemblage du sandwich. A cet effet, un tissu de fibres pré-imprégnées est drapé suivant plusieurs couches ou plis superposés sur une surface plane appropriée.
L'ensemble est compacté à température appropriée suivant la nature des fibres et de la résine en sorte d'obtenir une peau rigide autoportante. Une telle opération, appelée communément consolidation, est en soi bien connue de l'homme du métier et il n'est pas nécessaire de donner plus amples détails..
Toutefois, préférentiellement, on utilisera des fibres de verre du type E
imprégnées à raison de 30 à 35% de résine polyétherimide. Plus précisément encore, comme fibres et résine particulièrement appropriées, on peut citer, d'une part, les tissus de fibres de verre E connues dans le commerce sous la désignation "7781 " et, d'autre part, la résine polyétherimide dénommée commercialement "ULTEM" fabriquée par la Société GENERAL ELECTRIC.
L'une des peaux, en l'occurrence la peau supérieure 3, les termes "supérieure" et "inférieure" n'ayant pas en fait de signification pratique puisque le sandwich final peut être utilisé dans n'importe quelle position dans l'espace, est en outre, conformément à l'invention, muni, après consolidation, d'une pluralité de trous identiques 4 traversant normalement l'épaisseur de la peau.
De préférence, la proportion, en surface totale de la peau 3, des vides ou trous 4 est de l'ordre de 10 à 25% et ie diamètre des trous 4 est de l'ordre de 0,5 à 1,5 mm et plus particulièrement encore de 1 mm pour un pourcentage des ~. ~ 6 vides de l'ordre de 23%. II est par ailleurs préférable que le diamètre des trous soit supérieur ou égal à l'épaisseur de la peau.
Par ailleurs, la distribution des trous est uniforme sur toute la surface.
Les peaux 2 et 3 sont avantageusement réalisées à partir des mêmes fibres et résine et, suivant une autre caractéristique de l'invention, comportent un nombre de plis différent, celui de la peau perforée 3 étant par exemple supérieur à celui de la peau non perforée 2.

A titre d'exemple, la peau non perforée 2 comporte trois plis : 2a, 2b, 2c et la peau perforée 3 en comporte quatre : 3a, 3b, 3c, 3d.

Une fois les peaux 2,3 consolidées, on procède à leur assemblage, par collage, à l'âme 1. Celle-ci est, d'une manière générale, une structure à
alvéoles ouverts suivant un axe perpendiculaire au plan médian de l'âme et, en particulier est constitué d'une structure en nid d'abeilles, par exemple réalisée en un papier de fibres aramides tel que celui dénommé commercialement "NOMEX" .

L'une des faces de chaque peau 2, 3 est revêtue d'une colle époxy appropriée, appliquée de façon la plus régulière possible. Par exemple, la colle sera appliquée par pulvérisation, mais, de préférence, elle sera constituée d'un film mince de très faible masse surfacique, de l'ordre de 70 g/m2 par exemple.
Plus particulièrement encore, le film adhésif dénommé SCOTCH-WELD AF 163-2U fabriqué par la Société 3M convient remarquablement. II est à noter que cette colle est auto-extinguible et que, d'une manière préférentielle, on utilisera une colle ayant cette propriété.

Ensuite, les parties 1,2,3 du sandwich sont superposées sur un plateau de presse chauffante et soumises à un cycle de cuisson à des fins de polymérisation de la colle.

Conformément à l'invention et dans le cas de l'utilisation du film d'adhésif de la Société 3M, le cycle de polymérisation est opéré à pression constante, de l'ordre de 1 bar ou un peu plus, et en amenant la température à un premier palier 5, aux environs de 80 C puis à un second palier 6, aux environs de 130 C, avant de redescendre à une température de l'ordre de 50 C à laquelle la pression est supprimée et le panneau démoulé.

La figure 3 illustre un cycle du type ci-dessus, au cours duquel le palier 5 de température à 80 C est maintenu pendant 30 minutes et le palier 6 à 130 C
pendant 60 minutes, une pression de 1,2 bar étant maintenue pendant tout le cycle.

La température du premier palier 5 et la durée de celui-ci sont déterminées de façon à être suffisantes pour faire fluer la colle sans pour autant et de manière significative lancer la phase de polymérisation.

Au cours de ce premier palier 5, la colle va se liquéfier et au niveau des trous de la peau perforée le film va se rompre et le matériau de la colle va s'agglutiner en formant un ménisque à l'interface peau 3 - âme 1 et sur le pourtour de chaque trou 4.

Quant au second palier de température 6, il est effectué à une température et pendant une durée suffisantes pour permettre une polymérisation totale.

Dans le cas de l'application de la colle par pulvérisation, les trous 4 ne seront pas bouchés et le cycle de polymérisation est opéré à la manière habituelle et ne comporte pas les deux paliers de température de la figure 3.

La figure 2 illustre un panneau réalisé selon le schéma d'empilage de la figure 1.

Dans la pratique on réalisera directement le panneau aux formes et dimensions de la cloison ou élément de cloison à obtenir, par exemple pour séparer les zones soute et passager d'un aéronef type turbopropulseur.

A cet effet, après consolidation des peaux, dont le nombre de plis de chacune sera déterminé en fonction de la nature et l'emplacement de la cloison à réaliser, on effectuera un détourage des peaux au laser, puis éventuellement un pliage et un soyage. De même, le nid d'abeilles sera usiné, soyé et détouré.
Les faces à coller des peaux seront poncées, dépoussiérées, dégraissées et enduites ou revêtues d'un film d'adhésif époxy approprié.

Les trois éléments constitutifs du sandwich seront ensuite mis en place dans un moule, et complétés par des éléments de bordure, de renfort, des inserts etc...

} 2178148 Le moule enfin sera alors placé entre les plateaux d'une presse chauffante pour y subir ledit cycle de polymérisation de la colle ou adhésif.

Les panneaux, cloisons ou éléments de cloison ainsi obtenus peuvent être plats ou cintrés ou présenter des parties planes formant un angle entre elles.
A titre d'exemple, le procédé de l'invention permet d'obtenir des peaux consolidées, prêtes à l'assemblage, multiplis, chaque pli ayant une épaisseur de 0,25mm et une masse surfacique de 450 g/m2 pour un pli non perforé et de 350 g/m2 pour un pli perforé, les tissus de fibres étant constitués de verre E.
d'une masse surfacique de 300 g/m2, d'une épaisseur de 20/100 de millimètre, d'armure satin 8, avec un nombre de fils de chaîne de 22 et de fils de trame de 20, cependant que la résine est du type polyétherimide.

La consolidation des peaux avant assemblage, conformément à
l'invention, permet de réaliser des panneaux dissymétriques présentant une face renforcée à nombre de plis supérieur à celui de l'autre face.

Si l'on avait employé la technique habituelle de réalisation en co-cuisson de ce panneau sandwich, il aurait fallu disposer autant de plis de chaque côté
du nid d'abeilles pour éviter toute déformation ou voilage du panneau en cours de polymérisation. Ceci aurait conduit à placer inutilement un pli supplémentaire sur l'une des faces.

La technique de l'invention permet d'enlever un tel pli sur la face moins sollicitée, ce qui abaisse la masse de l'ensemble et le coût. En outre, les surfaces du panneau sandwich demeurent parfaitement planes malgré la répartition dissymétrique des peaux.

D'une manière générale, l'épaisseur de l'âme 1 est directement liée au spectre de fréquences que l'on désire atténuer. Pour les fréquences plus particulièrement visées dans les applications notamment aux cloisons d'avions du type turbopropulseur, c'est-à-dire des fréquences dans la gamme 1200 à
2000 Hz, l'épaisseur de l'âme 1 sera typiquement de l'ordre de vingt millimètres.

Quant au diamètre des trous 4, il est lié assez étroitement au pourcentage de vide dans la peau perforée, étant entendu par ailleurs que le couple de ces deux paramètres (diamètre des trous et pourcentage de vide) pourra évoluer en j î 21.78148 . ~

fonction des caractéristiques ou propriétés acoustiques des éventuels éléments de revêtements décoratifs dont pourrait être munie la peau perforée.

En effet, outre les propriétés structurales, d'atténuation acoustique et de légèreté des panneaux ou cloisons obtenus conformément à l'invention, il faut également noter leur aptitude à une décoration facile et économique, soit par l'utilisation pour les peaux d'une résine teintée dans la masse, soit par la constitution sur la face visible de la peau d'un état de surface esthétique, par exemple aspect granité, communiqué par le moule sur lequel sont drapés les plis, soit encore par revêtement, par exemple de la peau perforée, par thermogainage d'un film décor perforé ou collage d'un tel film ou d'un revêtement textile acoustiquement transparent.
Enfin, les panneaux, cloisons ou autres produits obtenus conformément au procédé de l'invention, satisfont à la norme FAR 25 853 (critères de Feu/Fumée/Toxicité) applicable aux avions commerciaux, notamment du fait du choix pour les peaux d'une résine polyétherimide.

Claims (17)

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un panneau ou analogue à propriétés structurale et acoustique du type sandwich constitué d'une âme à structure alvéolaire ouverte (1) revêtue sur ses deux faces, caractérisé en ce qu'il consiste :

- à réaliser une première et une seconde peau (2,3) par drapage et pressage à chaud dans des conditions de pression et température appropriées, d'au moins deux plis de tissu de fibres minérales ou synthétiques imprégnées d'une résine thermoplastique, - à réaliser dans l'une des peaux (2,3) des perforations (4) d'un diamètre de l'ordre de 0,5 à 1,5 mm, avec une proportion de vide à la surface de la peau de l'ordre de 10 à 25%, - à appliquer sur l'une des faces des peaux, après préparation, un revêtement de colle époxy, - à former un sandwich comprenant ladite âme à structure alvéolaire ou-verte (1) avec les deux peaux (2,3) sur ses faces opposées, les revêtements de colle étant en contact avec l'âme, - puis à presser à chaud le sandwich à des fins de polymérisation de la colle dans des conditions de température, pression et durée évitant toute obstruction même partielle des perforations de la peau perforée (3).
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les peaux (2,3) sont constituées de tissus de fibres de verre imprégnées de résine polyétherimide.
3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux peaux (2,3) ont des nombres différents de plis.
4. Procédé suivant la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que le revêtement de colle est un film mince de très faible masse surfacique.
5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la colle est une colle auto-extinguible.
6. Procédé suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le film de colle est le film dénommé SCOTCH-WELD ® AF 163-2U de la Société 3M.
7. Procédé suivant l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'étape de polymérisation est opérée suivant un cycle comportant une montée en température à un premier palier d'une valeur et d'une durée suffisantes pour faire fluer la colle sans pour autant lancer de manière significative sa polymérisation, puis à un second palier d'une valeur et d'une durée suffisantes pour réaliser ladite polymérisation.
8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que ledit premier palier de température est maintenu pendant une durée de l'ordre de 30 minutes et ledit second palier de température est maintenu pendant une durée de l'ordre de 60 minutes.
9. Panneau ou analogue obtenu conformément au procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
10. Panneau suivant la revendication 9, caractérisé en ce que l'âme à
structure alvéolaire est un nid d'abeilles (1).
11. Panneau suivant la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comporte une peau non perforée (2) à trois plis et une peau perforée (3) à
quatre plis, chaque pli ayant une épaisseur de 0,25 mm et étant constitué de fibres de verre du type E imprégnées de résine polyétherimide.
12. Panneau suivant l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la peau perforée (3) comporte des perforations d'un diamètre de l'ordre de 1 mm, le pourcentage des vides dans la peau étant de l'ordre de 23%.
13. Panneau suivant l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la résine d'au moins l'une des peaux (2,3) est teintée dans la masse.
14. Panneau suivant l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la face visible d'au moins l'une des peaux (2,3) est revêtue par thermogainage d'un film décoré, perforé ou non.
15. Panneau suivant l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la face visible d'au moins l'une des peaux (2,3) est revêtue d'un textile acoustiquement transparent ou non.
16. Panneau suivant l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la face visible d'au moins l'une des peaux (2, 3) présente un aspect de surface en relief.
17. Panneau suivant l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la face visible d'au moins l'une des peaux présente un aspect de surface granité.
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